PHẦN 1: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY
Chương 2: Độ bền của chi tiết máy
VIỆN CƠ KHÍ – BM GIA CÔNG ÁP LỰC
Chương 2
• Tải trọng và ứng suất • Độ bền tĩnh • Độ bền mỏi
Độ bền của chi tiết máy
2
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.1 Tải trọng và ứng suất
2.1.1 Tải trọng
Khái niệm
3
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.1 Tải trọng và ứng suất
2.1.1 Tải trọng
Phân loại theo tính chất thay đổi:
-Tải trọng tĩnh
-Tải trọng thay đổi
-Tải trọng va đập
4
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.1 Tải trọng và ứng suất
2.1.1 Tải trọng
Phân loại theo tính toán:
- Tải trọng danh nghĩa
- Tải trọng tương đương
5
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
- Tải trọng tính toán
2.1 Tải trọng và ứng suất
2.1.1 Ứng suất
Phân loại theo tính chất thay đổi:
- Ứng suất tĩnh
Thay đổi ổn định
- Ứng suất thay đổi
6
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
Thay đổi không ổn định
2.1 Tải trọng và ứng suất
2.1.1 Ứng suất
7
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
Phân loại theo tính toán:
2.1 Tải trọng và ứng suất
2.1.1 Ứng suất
Phân loại theo tính toán:
Ứng suất dập
8
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.1 Tải trọng và ứng suất
2.1.1 Ứng suất
Phân loại theo tính toán:
Ứng suất tiếp xúc đường
𝜎𝐻 = 𝑍𝑀.
𝑞𝐻 2𝜌
𝜌 =
𝜌1𝜌2 𝜌1 ± 𝜌2
𝑍𝑀 =
2 ]
𝜋[𝐸1 1 − 𝜇2
2𝐸1𝐸2 2 + 𝐸2 1 − 𝜇1
9
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.1 Tải trọng và ứng suất
2.1.1 Ứng suất
Phân loại theo tính toán:
Ứng suất tiếp xúc điểm
3 𝐹𝑛𝐸2 𝜌2
10
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
𝜎𝐻 = 𝑎.
2.2 Độ bền tĩnh
Khả năng vật liệu cản lại sự phá hủy tĩnh
Ứng suất tĩnh vượt quá giới hạn bền tĩnh
Phá hủy dẻo
Phá hủy giòn
11
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.2 Độ bền tĩnh
Thuyết bền
Vật liệu
Ứng suất pháp lớn nhất Ứng suất pháp lớn nhất
Vật liệu dẻo Vật liệu dẻo
Biến dạng dài tương đối
Vật liệu giòn Vật liệu giòn
Ứng suất tiếp lớn nhất Ứng suất tiếp lớn nhất
Thế năng biến đổi hình dáng Thế năng biến đổi hình dáng
Mohr Mohr
12
Coulomb-Mohr
2.3 Độ bền mỏi
2.3.1 Cơ chế phá hủy mỏi
Ứng suất thay đổi nhỏ hơn giới hạn bền
- Xuất hiện vết nứt tế vi - Phát triển - Hỏng
13
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
Vùng hỏng
2.3 Độ bền mỏi
14
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.3.2 Đường cong mỏi
2.3 Độ bền mỏi
15
2.3.3 Đồ thị các ứng suất giới hạn
2.3 Độ bền mỏi
2.3.4 Tính toán độ bền
- Ứng suất tính toán
Ứng suất phức tạp (theo các thuyết bền):
Tính toán độ bền bề mặt:
16
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.3 Độ bền mỏi
2.3.4 Tính toán độ bền
Ứng suất thay đổi không ổn định:
17
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.3 Độ bền mỏi
2.3.4 Tính toán độ bền
- Ứng suất tính toán
Tra bảng
S = S1. S2. S3
1,2 – 1,5
1 – 1,5
1,5 – 2,5
18
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.3 Độ bền mỏi
2.3.4 Tính toán độ bền - Ứng suất tính toán
- Ứng suất tĩnh:
+ Vật liệu dẻo: σgh = σch (giới hạn chảy) + Vật liệu giòn: σgh = σb (giới hạn bền)
- Ứng suất thay đổi ổn định, không ổn định
N > N0: 𝜎𝑔ℎ = 𝜎𝑟
N < N0: 𝜎𝑔ℎ = 𝜎𝑟.
𝑚 𝑁0 𝑁
19
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.3 Độ bền mỏi
2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi
1. Vật liệu: thép, gang, hợp kim màu
2. Hình dạng kết cấu
Hệ số tập trung ứng suất
𝑘𝜎 = ; 𝑘𝜏 =
𝜎𝑟 𝜎𝑟𝑐
𝜏𝑟 𝜏𝑟𝑐
20
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.3 Độ bền mỏi
2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 3. Kích thước tuyệt đối
Hệ số ảnh hưởng kích thước tuyệt đối
21
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.3 Độ bền mỏi
2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 4. Trạng thái bề mặt
Hệ số trạng thái bề mặt β: tỉ số giữa giới hạn mỏi của mẫu có trạng thái bề mặt giống chi tiết và giới hạn mỏi của mẫu có bề mặt không được gia công tăng bền
22
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.3 Độ bền mỏi
23
2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi 5. Trạng thái ứng suất
2.3 Độ bền mỏi
2.3.6 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi - Giảm biên độ dao động:
Tăng tính đàn hồi (khớp nối đàn hồi, ổ trượt, …)
- Giảm ứng suất danh nghĩa:
Tăng kích thước
24
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
2.3 Độ bền mỏi
2.3.6 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi
- Biện pháp công nghệ:
- Biện pháp thiết kế:
Nhiệt luyện, hóa nhiệt luyện Giảm tập trung ứng suất
Gia công tinh bề mặt
Tạo ứng suất dư nén
25
Th.S Nguyễn Minh Quân – Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, Đại học Bách Khoa Hà Nội - https://sites.google.com/site/quannm187/
26
